KR0137013B1 - 용융 취입 부직 와이퍼 및 그 제조방법 - Google Patents

용융 취입 부직 와이퍼 및 그 제조방법

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엘. 쟌슨 말콤
에이. 버뱅크 트레이시
디. 스트릭랜드 마크
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토마스 제이. 밀케
킴벌리-클라크 월드와이드, 인크
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Abstract

없음

Description

용융 취입 부직 와이퍼 및 그 제조방법
제 1 도는 본 발명에 따른 용융 취입 부직 와이퍼(wiper)를 제조하기 위한 기계를 도시한 개략적인 다이어그램.
제 2 도는 본 발명에 따른 용융 취입법을 실행하기 위하여 연결되어 사용되는 다이 헤드의 횡단면 다이어그램.
제 3 도는 본 발명에 따른 용융 취입 와이퍼를 도시한 개략적인 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 웨브 성형 기계14A 내지 14H : 압출기
15A 내지 15H : 모터22A 내지 22H : 다이 헤드
24 : 다이팁26 : 배출구
28, 30 : 채널32, 34 : 파이프
본 발명은 용융 취입 물질 특히, 용융 취입 섬유의 층들로 된 합성 웨브로 구성된 용융 취입 부직 와이퍼에 관한 것이다. 이 층들은 다른 섬유 및 기공 치수를 갖고, 이에 따라 두께 또는 웨브의 Z-방향을 가로지르는 기공 치수의 분포를 갖는다. 이러한 기공 치수를 가진다. 기공 치수 분포는 와이퍼의 액체 보유 능력과 액체 흡수율을 최적화 하도록 조절된다.
용융 취입 부직 와이퍼는 종래의 기술에서 공지되어 있으며 여러 제조업에서 일회용 와이퍼로 사용되고 여러 표면에서 기름, 그리스와 물 등을 닦을 필요가 있는 사람들이 사용한다. 용융 취입 폴리에틸렌 섬유로 제조된 이러한 하나의 와이퍼는 본 발명의 양수인에 의해 킴텍스라는 상표로 판매하고 있다.
용융 취입 부직 와이퍼는 헝겊과 유사한 세척 특성을 제공하고 값이 싼 일회용 와이퍼로서 헝겊 와이퍼 보다 뛰어난 장점을 가진다. 특히, 모든 산업용 와이퍼는 엎지르진 액체와 기름 또는 물을 신속하게 닦을 수 있어야만 하고 깨끗한 자유표면을 남겨야 한다. 더욱이, 와이퍼는 비틀어 짜는 것과 같이 압력을 가하여 액체를 제거할 때까지 와이퍼 조직내에 이러한 물을 보유하는 충분한 능력을 가져야만 한다.
실제적으로, 산업용 부직 와이퍼는 종래의 편직 무명 수건과 성능면에서 평가를 받을 것이다. 이에 관련하여, 산업용 부직 와이퍼는 종래의 편직 수건의 특성과 접근하도록 제조되고 낮은 비용으로 산업용 부직 와이퍼를 제공하여야 한다. 과거에는, 산업용 부직 와이퍼는 편직 수건과 같은 요구되는 동일한 성능을 제공하지 못했고, 특히 기름과 물의 흡수율과 기름과 물의 보유 능력 면에서 동일한 성능을 제공하지 못하였다. 더욱이, 산업용 부직 와이퍼의 이러한 결점은 흡수율과 산업용 부직 와이퍼의 보유 능력 사이의 관계가 반대로 나타나기 때문에 특히 곤란하다. 바꾸어 말하면, 보유 능력을 증가시키기 위해서 흡수율을 희생시켜야 했었다. 마찬가지로, 흡수율을 증가시키기 위해서는 약간의 보유 능력을 희생시켜야만 했었다.
본 발명의 목적은 개선된 기름 및 물 흡수 능력과 함께 개선된 기름 및 물 보유 능력을 가진 산업용 와이퍼로 사용하기 위한 용융 취입 열가소성 웨브를 제공하는데 있다.
상기한 목적은 용융 취입 열가소성 섬유의 상호 결합된 층을 구비한 합성 직물을 제조함으로써 달성된다. 합성 웨브는 20미크론 이상 양호하게는, 40미크론 이상의 평균 기공 치수를 가진 큰 기공을 가진 적어도 하나의 외부층을 가지고 두께 방향 또는 Z-방향에 걸쳐 기공 치수 분포를 가지고 있다. 커다란 기공 크기를 가진 이러한 외부층은 표면으로부터 액체를 신속하게 흡수할 것이다. 개선된 능력을 유지하기 위하여, 합성웨브의 내부층은 10미크론 내지 20미크론 사이의 평균 기공 치수를 가진다.
이러한 합성 웨브는 외부층을 구성하는 큰 기공 치수의 결과로 신속한 흡수력을 제공하며, 비교적 작은 그들의 기공 치수를 가진 내부층은 보유 능력을 제공한다. 이러한 개선된 산업용 와이퍼를 제조하기 위하여, 와이퍼는 다층 용융 취입 기계에서 제조되고 다수의 층은 개선된 산업용 와이퍼를 제조하기 위하여 비교적 작은 기공 치수 또는 요구되는 큰 기공 치수를 달성하도록 조절되는 각 층을 위하여 용융 취입 변수를 가지고 연속적으로 적층된다.
특히, 20미크론 양호하게는, 40미크론 이상의 평균 치수를 갖는 외부층과, 10 내지 20미크론의 평균 치수를 갖는 기공을 가진 내부층을 갖는 합성 웨브는 Z-방향으로 균일한 기공 치수 분포를 가진 용융 취입 웨브보다 개선된 보유 능력과 개선된 흡수율을 제공한다.
본 발명을 양호한 실시예와 순서와 관련하여 설명되어 있으나 본 발명은 그 실시예와 순서에 한정되는 것은 아니다. 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 규정된 본 발명의 영역 및 기술 사상내에 포함될 수 있는 변경수정등을 모두 포함한다.
제 1 도를 보면, 용융 취입 섬유의 다수의 층(102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 및 116, 제 3 도)으로 구성된 용융 취입 웨브(12)를 형성하기 위한 웨브 성형 기계(10)가 도시되어 있다. 기계(10)는 열가소성 수지 펠렛을 수용하기 위한 호퍼(16A 내지 16H)와 여덟개의 동일한 대응 압출기(14A 내지 14H)를 포함한다. 압출기(14A 내지 14H)는 모터(15A 내지 15H)에 의해 구동되는 내부 나사 컨베이어를 포함한다. 압출기(14A 내지 14H)는 열가소성 수지 펠릿이 용융되도록 용융점까지 그들의 길이를 따라 가열한다. 모터(15A 내지 15H)에 의해 구동되는 나사 컨베이어는 각각 다이 폭(25)을 가진 다이 헤드(22A 내지 22H)에 연결된 부착된 이송 파이프(20A 내지 20H)안으로 압출기를 통하여 열가소성 플라스틱 물질을 가압한다.
제 2 도에 단면으로 도시된 다이 헤드(22A)는 다이 구멍 또는 다이 구멍(26)을 가진 다이팁(24)을 구비한다. 보통 공기인 고온 유체는 다이팁의 배출구(26)에 인접한 채널(28, 30)내에까지 연장되는 파이프(32, 34, 제 1 도)를 거쳐 다이팁에 공급된다.
각각의 다이 헤드를 위한 구멍(26)에서 열가소성 중합체가 다이팁으로 배출될 때, 고압 공기는 감소되고 복합층 웨브(12)를 형성하기 위하여 다공성 가동 벨트(38) 상의 층내에 적층된 섬유를 형성하기 위하여 각각의 다이 헤드에 중합체류를 파쇄한다. 진공은 용융 취입 공정중에 벨트(38)상에서 섬유를 뽑기 위하여 다공성 벨트(38) 뒤로 수행된다. 다공성 벨트 뒤의 분리 진공실은 각각의 다이 헤드(22A 내지 22H)를 위하여 구비될 수 있다. 섬유층이 일단 다중 다이 헤드에 의해 가동 벨트(28)상에 적층되면, 웨브(12)는 배출 로울러(40, 42)에 의해 벨트(38)로부터 뽑아진다. 엠보싱 로울러(44, 46)는 일정 패턴으로 웨브를 엠보싱하기 위하여 배출된 후에 웨브(12)와 결합한다.
상기에 설명된 용융 취입 기계(10)는 대체로 종래의 것이며 브이. 에이. 웬트, 이. 엘. 분과 씨. 디. 플루하티에 의한 엔알엘 보고서 4364의 초미세 유기 섬유의 제조 와 케이. 디. 로렌스, 알.티. 루카스 및 제이. 에이. 영에 의한 NRL 보고서 5265의 초미세 열가소성 섬유의 개선된 형성 장치 와, 분틴등에게 1974년 11월 19일 허여된 미합중국 특허 제3,849,241호에 설명 및 공지되어 있다.
용융 취입 웨브(12)의 특성은 각각의 압출기를 위하여 사용되는 여러 처리 변수의 조정에 의해 조절되고 용융 취입 기계(10)에서의 용융 취입법을 실행하는 다이 헤드를 조정하여 조절할 수 있다. 하기 변수는 각각의 압출기와 용융 취입 섬유층의 특성을 변경하기 위하여 다이 헤드를 조절 및 변경할 수 있다.
1. 중합체의 형태,
2. 중합체 산출량(시간당 다이폭의 인치당 파운드-PIH),
3. 중합체 용융 온도(°F),
4. 공기 온도(°F)
5. 공기 유량(분당 입방 피트, SCFM, 20인치 폭의 다이 헤드를 위한 교정),
6. 다이팁과 성형 벨트(인치) 사이의 거리와,
7. 성형 벨트 아래의 진공(두수 인치),
용융 취입 웨브를 제조하기 위한 처리 변수의 제어에 의해, 웨브는 다소의 개방 웨브 조직을 가지고 제조 될 수 있다. 같은 기본 중량의 웨브를 위하여, 큰 섬유로부터의 더욱 개방적인 웨브 조직을 가진 웨브를 발견하였고, 기공 치수는 표면에서 액체를 더 신속하게 흡수할 수 있으나 같은 개방 웨브는 폐쇄 웨브(즉, 작은 섬유와 작은 기공)보다 낮은 능력을 가진다는 것을 발견하였다. 따라서, 우수한 와이퍼를 제조하기 위하여, 개방 조직(즉, 큰 섬유와 큰 기공 치수)의 외부층을 가지고 적은 개방 조직(즉, 작은 섬유와 작은 기공치수)의 내부층을 가진 합성 웨브는 더욱 폐쇄된 조직을 가진 내부층의 결과로 고능력을 가진 외부 개방 조직 층의 결과로 신속한 흡수율을 가진 우수한 산업용 부직 와이퍼를 제조할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명의 초기 작업과 관련하여, 폴리프로필렌 섬유의 11개의 용융 취입 단일층 웨브는 평균 기공 치수가 12.81미크론 내지 평균 기공 치수가 23, 43미크론 범위의 다른 평균 기공 치수를 가지도록 제조되었다. 각각의 샘플 웨브의 평균 치수는 코울터 포로미터를 사용하여 결정되었다. 각각의 샘플을 위하여, 인치 단위의 용적은 매세추세츠의 왈트함의 비.씨.에임즈사의 에임즈테스터 모델 3223에 따라 측정되고 기록된다. 마찬가지로, 평당 미터당 그램(g/m2)의 기본 중량은 페드럴 테스트법 191 에이, 5040 및 5041에 따라 측정되고 결과는 각각의 샘플을 위하여 기록된다. 그 다음에 각각의 샘플은 물 흡수율, 물 보유 능력, 기름 흡수율 및 기름 보유 능력을 시험한다. 다음에 측정된 물 및 기름 흡수율은 기름을 위한 시험 액체로 사용된 백색 광유의 0.1ml를 제외하고는 TAPPI 표준법 T 432 SU-72에 따라 결정되고 시험 액체의 3개의 분리 방울은 각각의 샘플에 사용되고 10개의 샘플보다 5개의 샘플이 시험된다. 평방 피트당 그램(g/ft2)으로 측정된 물 및 기름 보유 능력은 페드럴 스페시피케이션 제UU-T-595C에 따라 결정된다.
샘플을 위한 데이타로부터, 기름에서는 흡수율과 평균 기공 치수와 함께 보유 능력과 평균 기공 치수 사이에는 매우 강한 상관 관계가 있다. 큰 평균 기공 치수의 경우에는, 기름 흡수율은 가장 높았고(시간은 최소임), 기름 보유 능력은 가장 낮았다. 적은 평균 기공 치수의 경우에는, 기름 흡수율은 가장 낮았고(시간은 최대임), 기름 보유 능력은 가장 높았다. 물 흡수율을 위한 데이타와 물 보유 능력은 폴리프로필렌 섬유상의 표면 활성제의 고르지 못한 적용으로 성능이 약간 가리어지기 때문에 더욱 불명료하다. 그러나, 일반적으로 물 흡수율은 큰 기공 치수 웨브를 위하여 높고, 물 보유 능력은 적은 기공 치수 웨브를 위하여 높다.
더욱이, 11개의 웨브의 각 웨브는 웨브를 제조하기 위한 용융 취입 기계에 사용되는 처리 변수에 특정 지워진다. 변수는 중합체 산출량, 공기 온도, 용융 온도 및 공기 유량을 포함한다. 평균 기공 치수와 처리 변수에 기초하여, 중합체 산출량은 공기 유동, 공기 온도 및 용융 온도에 의한 용융 취입 웨브의 기공 치수와 섬유에 대단한 효과가 있다는 것을 발견하였다.
[실시예 1]
기공 치수의 효과를 더 연구하기 위하여, 0.4oz/yd2의 평균 기본 중량을 가진 8개의 큰 기공 기초 시이트는 4.8lbs/in/hr, 최대 기계 상한치로 설정된 중합체 빌 로드 2001, 리틀폴 센터 3 소재의 하이몬트 유에스에이사의 하이몬트 PF015로 지정된 폴리프로필렌 펠릿이 사용되었다. 공기 온도, 용융 온도, 공기 유량, 성형 거리 및 진공등은 하기 표에 따라 변한다.
[표1]
Figure kpo00001
8개의 큰 기공 샘플 시이트는 상기 표 1에 도시된 처리 변수에 따라 제조하였고, 용적, 웨브 경직도[기계 방향(MD)으로 ASTM 표준 테스트 D1388에 따라], 1인치×6인치 대신에 1인치×8인치 시험편을 제외하고 횡단방향(CD), 물 흡수율, 물 보유 능력과 평균 기공 치수 등이 시험되었다. 그 결과는 표 2에 도시되어 있다.
[표2]
Figure kpo00002
기대했던 대로 이들 샘플은 0.5초 이하의 거의 동시인 물 흡수율을 나타냈다. 이들 샘플의 평균 물 보유 능력은 400% 내지 900% 범위에 있다. 웨브 경직도 시험은 큰 기공 웨브 조직이 유사한 기본 중량의 용융 취입 웨브보다 약간 더 경직하다. 8개의 웨브는 기공 치수를 결정하기 위하여 코울터 포로미터를 분석하고 제조하였다.
표 1의 큰 기공 용융 취입 샘플의 평균 기공 치수는 10 내지 20미크론 범위의 평균 기공 치수를 가진 용융 취입 샘플에 비교하여 40 내지 80미크론의 범위에 있다.
[실시예 2]
실시예 1의 큰 기공 웨브의 선택된 샘플은 합성 적층을 제조하기 위하여 표준 접착 코어 물질에 가열 접착된다. 적층은 물 및 기름 흡수율과 물 및 기름 보유 능력을 시험한다. 모든 경우 중 하나의 경우에 적층은 코어 물질을 능가하는 개선된 물 흡수율을 나타낸다. 모든 적층은 코어 물질을 능가하는 매우 개선된 기름 흡수율을 나타냈다. 데이터는 모든 적층이 코어 물질을 능가하는 증가된 보유 능력을 나타낼지라도 결론적이 아닌 능력을 취했다. 적층된 조직으로부터의 증가된 능력은 샘플의 증가된 용적에 의해 부분적으로 가리어지고 이에 의해 시험 결과가 불명료하다. 예견한대로, 적층은 가장 빠른 물 및 기름 흡수율을 가지나 시험된 모든 적층의 가장 나쁜 물 및 기름 보유 능력을 가진 큰 기공 용융 취입 물질의 6겹으로 제조된다.
[실시예 3]
개선된 산업용 와이퍼는 제 1 도에 도시된 다중층 용융 취입 기계(10)를 사용하여 형성할 수 있다는 것을 알았다. 8개의 분리 용융 취입 헤드(22A 내지 22H)를 가진 용융 취입 기계는 용융 취입 물질의 자신의 섬유 치수와 평균 기공 치수를 가진 8개의 분리층으로 구성된 합성 웨브(12)를 제조할 수 있다. 다이 헤드(22A, 22B, 22G 및 22H)를 가진 개방 조직층을 제조하여, 합성 웨브(12)는 한 측면에 외부층(102, 104)과 다른 측면에 외부층(114, 116)을 가진다. 외부층(102, 104, 114, 116)은 20미크론 양호하게는, 40미크론 이상의 평균 기공 치수를 가지고, 내부층(106, 108, 110, 112)은 10 내지 20미크론의 평균 기공 치수를 가진다.
본 발명에 따른 개선된 산업용 와이퍼는 하기의 제조 변수에 따라 제조된다.
[표3]
외부층(102,104,114,116)
Figure kpo00003
내부층(106,108,110,112)
Figure kpo00004
본 발명에 따라 제조된 실시예 3과 같은 개선된 산업용 와이퍼는 다음과 같은 물리적 및 성능 특성을 가지고 있다.
[표4]
Figure kpo00005
사다리꼴 전단 시험은 부하를 기록되는 최소 및 최대의 것보다 제1 및 최대 피크들의 평균으로 계산하는 것을 제외하고는 ASTM 표준 시험 D117-14로 시험하였다. 인장 강도는 페더럴 시험법 191A에 따라 결정하였다.
폴리프로필렌 섬유에 부가하여, 본 발명은 접착 웨브를 제조하기 위하여 용융 취입할 수 있는 열가소성 수지를 사용하여 달성할 수도 있다.

Claims (4)

  1. 부직 와이퍼에 있어서, 용융 취입 열가소성 섬유의 상호 결합된 층을 갖는 합성 웨브를 구비하고, 상기 웨브는 두께에 걸쳐 기공 치수 분포를 가지며, 상기 웨브가 20미크론 이상의 평균 기공 치수를 가진 적어도 하나의 외부층과 20미크론 이하의 평균 기공 치수를 갖는 적어도 다른 하나의 층을 갖는 것을 특징으로 하는 부직 와이퍼.
  2. 제 1 항에 있어서, 외부층이 40미크론 이상의 평균 기공 치수를 가지며 다른 층이 10미크론 내지 20미크론 사이의 평균 기공 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 부직 와이퍼.
  3. 부직 와이퍼를 위한 합성 웨브를 형성하기 위한 방법에 있어서, 콜렉터상에 용융 취입 열가소성 섬유의 다수의 층을 한 층 상부에 다른 층이 위치하게 연속적으로 적층하고 상호 결합시키는 단계를 구비하고, 적어도 하나의 외부층은 20미크론 이상의 평균 기공 치수를 갖고 적어도 하나의 다른 층은 20미크론 이하의 기공 평균 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 부직 와이퍼용 합성 웨브 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 외부층은 40미크론 이상의 평균 기공 치수를 가지며 다른 층은 10미크론 내지 20미크론 사이의 평균 기공 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 부직 와이퍼용 합성 웨브 형성 방법.
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